JPH0671106B2 - Laser beam monitor for laser system - Google Patents

Laser beam monitor for laser system

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JPH0671106B2
JPH0671106B2 JP25669987A JP25669987A JPH0671106B2 JP H0671106 B2 JPH0671106 B2 JP H0671106B2 JP 25669987 A JP25669987 A JP 25669987A JP 25669987 A JP25669987 A JP 25669987A JP H0671106 B2 JPH0671106 B2 JP H0671106B2
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/0014Monitoring arrangements not otherwise provided for

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  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザシステム、好適には大規模レーザシス
テムにおけるレーザビームモニタ装置に係り、特にレー
ザビーム位置およびレーザモードの検出が可能なレーザ
ビームモニタ装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a laser beam monitoring device in a laser system, preferably a large-scale laser system, and more particularly to a laser beam capable of detecting a laser beam position and a laser mode. The present invention relates to a monitor device.

〔従来の技術〕 大規模レーザシステムの典型例として核融合研究用ガラ
スレーザシステムが挙げられる。かかるレーザシステム
の構成例を第2図に示す(電気学会論文誌C,107巻,5
号,昭和62年,455〜462頁)。レーザ発振器OSCからのレ
ーザ光は前置増幅器列X列、主増幅器列Y列、Z列を経
てターゲットチャンバに導かれる。この過程においてレ
ーザ光は光学シャッタ、ファラデー回転子、スペーシャ
ルフィルター等を通過しモード成形されながら複数の増
幅器でレーザ強度が増加される。このためレーザ発振段
からターゲットチャンバまでの伝搬距離は270mとなり、
理想光軸からのビーム光軸ずれ角(ビーム指向誤差角)
が20μrad以下の厳密な光軸調整が必要となる。よっ
て、上記レーザシステムではレーザ光路調整の省力化と
信頼性向上を図るため四分割式光検出器を用い、マイク
ロコンピュータによる帰環制御で自動光軸調整が行われ
ている。レーザ光軸調整は第3図(a)に示す四分割式
光検出器(第1図ではセンタリング検出器と表示されて
いる)及び第3図(b)に示すポインティング検出器を
用いて行われている。これらは第1図に示すようにレー
ザ光反射鏡の過光を受けるように配置されており、四分
割式光検出器は四象限に分けられた光電面のレーザ光強
度の平衡状態をレーザ光ビーム位置として検出してい
る。ポインティング検出器はレンズでレーザ光を位置検
出器(PSD)上に集光し二対の電流端子出力からビーム
光軸ずれ角をモニターしている。前者の四分割式光検出
器によるビーム位置決定はレーザ光強度分布が軸対称
(TEMooモード)であることを前提とし、4つの光電面
の信号を加算、減算して行っている。
[Prior Art] A typical large-scale laser system is a glass laser system for nuclear fusion research. An example of the configuration of such a laser system is shown in FIG. 2 (The Institute of Electrical Engineers of Japan, C, 107, 5
No., 1987, pp. 455-462). Laser light from the laser oscillator OSC is guided to the target chamber through the preamplifier array X array, the main amplifier array Y array, and the Z array. In this process, the laser light passes through an optical shutter, a Faraday rotator, a spatial filter, etc., and the laser intensity is increased by a plurality of amplifiers while being mode-formed. Therefore, the propagation distance from the laser oscillation stage to the target chamber is 270 m,
Deviation angle of beam optical axis from ideal optical axis (beam pointing error angle)
However, strict optical axis adjustment of less than 20 μrad is required. Therefore, in the above laser system, in order to save the labor and improve the reliability of the laser optical path adjustment, the four-division type photodetector is used, and the automatic optical axis adjustment is performed by the return control by the microcomputer. The laser optical axis adjustment is performed using a four-division type photodetector (denoted as a centering detector in FIG. 1) shown in FIG. 3 (a) and a pointing detector shown in FIG. 3 (b). ing. As shown in FIG. 1, these are arranged so as to receive the excessive light of the laser light reflecting mirror, and the four-division type photodetector divides the equilibrium state of the laser light intensity of the photoelectric surface divided into four quadrants into The beam position is detected. The pointing detector focuses the laser light on a position detector (PSD) with a lens and monitors the beam optical axis deviation angle from the output of two pairs of current terminals. The beam position determination by the former four-division type photodetector is performed by adding and subtracting the signals of the four photocathodes on the assumption that the laser light intensity distribution is axially symmetric (TEMoo mode).

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかし、上記従来技術ではレーザビームの断面における
強度分布(レーザモード)の検出、特に大規模レーザシ
ステムに用いる重要なレーザモードであるTEMooモード
の検出が的確に行なえず、上記従来技術ではレーザ光路
中の光学素子のダメージなどでビーム断面における強度
分布(レーザモード)が変化したときの対処が困難であ
り、光路調整終了後、人間による確認作業が必要なた
め、完全自動によるレーザ光路調整が不可能である問題
があった。従って、レーザ位置検出器にレーザモード測
定能力をも持たせることによって、レーザ光路中の光学
素子やレーザ増幅器の故障の有無を常時確認しながらレ
ーザ光路を調整できるようにし、以って完全自動による
レーザ光路調整を可能とすることが望まれる。
However, the above-mentioned conventional technique cannot accurately detect the intensity distribution (laser mode) in the cross section of the laser beam, particularly the TEMoo mode which is an important laser mode used in a large-scale laser system. It is difficult to deal with changes in the intensity distribution (laser mode) in the beam cross-section due to damage to the optical element, and it is not possible to adjust the laser optical path completely automatically because human confirmation work is required after the optical path adjustment is completed. There was a problem. Therefore, by providing the laser position detector with the laser mode measurement capability, the laser optical path can be adjusted while always checking the presence or absence of a failure in the optical element or laser amplifier in the laser optical path. It is desired to be able to adjust the laser optical path.

本発明の目的は、レーザビーム位置検出器にレーザビー
ム断面における径方向レーザ強度分布の計測能力を持た
せることにより、レーザビームモードをモニターしなが
らビーム位置検出を行うことのできる装置を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a device capable of performing beam position detection while monitoring a laser beam mode by providing a laser beam position detector with a measurement capability of a radial laser intensity distribution in a laser beam cross section. It is in.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、中心部の光検出部とその周囲にリング状に
配置され、且つ周方向に分割された光検出部とからなる
同軸リング分割型レーザビーム検出器に、レーザシステ
ム中のレーザビームを分配入射させることによって達成
される。
The above-mentioned object is to arrange a laser beam in a laser system in a coaxial ring split type laser beam detector that is composed of a photodetection unit at the center and a photodetection unit that is arranged in a ring shape around the photodetection unit and is circumferentially divided. This is achieved by making the incident distributed.

〔作用〕[Action]

上記の同軸リング分割型レーザビーム検出器のリング状
の分割された光検出部の出力を比較することによってレ
ーザビーム位置の計測が行える。また、上記同軸リング
分割型レーザビーム検出器の中心部の光検出部の出力と
リング状分割光検出部の出力を比較することにより、レ
ーザビームの断面における径方向強度分布が計測され、
レーザモードがTEMooであるか否かを判別できる。
The laser beam position can be measured by comparing the outputs of the ring-shaped split photodetectors of the coaxial ring split type laser beam detector. Further, by comparing the output of the photodetector at the center of the coaxial ring split type laser beam detector and the output of the ring-shaped split photodetector, the radial intensity distribution in the cross section of the laser beam is measured,
Whether or not the laser mode is TEMoo can be determined.

〔実施例〕〔Example〕

第4図は本発明に係る同軸リング分割型レーザビーム位
置検出器の例示図である。この同軸リング分割型レーザ
ビーム検出器(以下CR型PDと略記する)1は、中心に円
形の検出部を持ち、その周囲にリング状の検出部が配列
されている。リングの数をm本とするとm≧1である。
リングは周方向にn分割(n≧3)されており、第4図
ではn=4の例を示す。
FIG. 4 is an exemplary view of a coaxial ring split type laser beam position detector according to the present invention. This coaxial ring split type laser beam detector (hereinafter abbreviated as CR type PD) 1 has a circular detection unit at the center, and a ring-shaped detection unit is arranged around it. If the number of rings is m, then m ≧ 1.
The ring is divided into n in the circumferential direction (n ≧ 3), and FIG. 4 shows an example of n = 4.

このようなCR型PD1をレーザ光路中の必要な個所に設置
しビームモード(レーザモード)及びビーム位置検出を
行う。CR型PDへレーザ光を当てるにはレーザシステムに
おける既存の光学素子からの反射光や透過光を利用し、
これにより、不必要なレーザ光の減衰及びビーム光路の
不安定性の増加をさけるのがよい。例として第5図にレ
ーザ増幅器7からの反射光及びレーザ光反射鏡の透過光
を利用して、これをCR型PD1に入射させるようにした配
置例を示す。CR型PD1は図のように各増幅器7及び鏡5
ごとに設置されることがビームのモニタリング及び制御
の点から望ましい。
Such a CR type PD1 is installed at a required position in the laser optical path to detect the beam mode (laser mode) and the beam position. To apply laser light to the CR type PD, use reflected light or transmitted light from existing optical elements in the laser system,
This should avoid unnecessary attenuation of the laser light and increase instability of the beam optical path. As an example, FIG. 5 shows an arrangement example in which the reflected light from the laser amplifier 7 and the transmitted light from the laser light reflecting mirror are utilized and are made incident on the CR type PD1. CR type PD1 has each amplifier 7 and mirror 5 as shown in the figure.
It is desirable to install each of them from the viewpoint of beam monitoring and control.

CR型PD1の時間応答は、要請されるレーザ光軸調整時間
より十分短い必要がある。第4図に示された形状のCR型
PD1は半導体式光検出器を用いることで簡単に製作が可
能であり、また10−6秒程度までの高速の時間応答特性
が得られ、この時間応答はレーザ光軸調整用の鏡調整時
間(10−3秒程度)に比べ十分短かい。従って半導体式
のCR型PDは前述の要請を満す。また半導体式CR型PDにお
ける各検出部の間隔は10−6m程度まで狭くできるの
で、レーザ位置検出に際して不感帯の存在は無視でき
る。
The time response of the CR PD1 needs to be sufficiently shorter than the required laser optical axis adjustment time. CR type with the shape shown in Fig. 4
PD1 can be easily manufactured by using a semiconductor photodetector, and high-speed time response characteristics of up to about 10 −6 seconds can be obtained. This time response is the mirror adjustment time for laser optical axis adjustment ( 10-10 seconds), which is sufficiently short. Therefore, the semiconductor CR PD meets the above-mentioned requirements. In addition, since the distance between the detectors in the semiconductor type CR PD can be reduced to about 10 −6 m, the presence of the dead zone can be ignored when detecting the laser position.

上述のCR型PD1は、以下に述べるように、大規模レーザ
システム中のレーザ光のビームの位置だけでなく、ビー
ム断面における径方向及び周方向の強度分布(レーザモ
ード)をも測定できるものであり、レーザシステム中の
レーザモードのモニタリングが位置検出と同時に可能と
なるので鏡等の破損によりビームの断面強度分布が変っ
た際にこれを検知でき、自動レーザ調整装置が誤動作す
ることがない。
As described below, the CR type PD1 can measure not only the position of the laser beam in a large-scale laser system, but also the radial and circumferential intensity distribution (laser mode) in the beam cross section. Since the laser mode monitoring in the laser system can be performed at the same time as the position detection, it can be detected when the cross-sectional intensity distribution of the beam changes due to breakage of a mirror or the like, and the automatic laser adjusting device does not malfunction.

典型的なレーザモードの各例を第6図に示す。第6図中
でTEMooモードは第7図に示すガウス型のレーザ強度分
布を持ち、レーザ光伝搬特性が良い。大規模レーザシス
テムで用いるレーザモードはTEMooであることが要請さ
れる。第6図中のTEMoo以外のモードの測定には碁盤縞
に区切られた従来型の2次元ダイオードアレイ式レーザ
検出器が適当であるが、しかし、この検出器は後のデー
タ処理が複雑であり、また最も重要なTEMooモードの検
出に最適な形状とは言えない。
Each example of a typical laser mode is shown in FIG. In FIG. 6, the TEMoo mode has the Gaussian laser intensity distribution shown in FIG. 7 and has good laser light propagation characteristics. The laser mode used in large-scale laser systems is required to be TEMoo. A conventional two-dimensional diode array laser detector divided into a checkerboard pattern is suitable for measuring modes other than TEMoo in Fig. 6, but this detector is complicated in the subsequent data processing. Also, it is not the optimum shape for detecting the most important TEMoo mode.

本発明に係る前述のような、中心およびその周囲に軸対
称の検出部を有するCR型PD1は、レーザビーム強度分布
をいくつかの領域にわけて各領域のレーザ強度積分値に
比例した信号を出力する。CR型PD1の中心の円形の検出
部はTEMooモードの確認に重要な働きをする。すなわ
ち、第6図に示されるようにTEMoo以外のレーザモード
では中心部のレーザ強度は周辺に比べ小さくなる。よっ
て、CR型PD1において中心の円形の検出部でのレーザ強
度と周辺の検出部でのレーザ強度の比をモニターすれば
レーザモードがTEMooであるか否かを簡単に判別でき
る。また、中心の円形検出部を取り囲むリング状の検出
部の出力を比較することにより、ビーム位置検出を精度
よく行える。TEMooモードレーザ光光路の調整は、CR型P
D1の同一周上に配列された検出部の出力がすべて等しく
なるようにレーザ光路用鏡を移動させればよい。もしレ
ーザシステム中の鏡や増幅器等の光学素子に部分的に破
損等が発生し、レーザ強度分布が部分的にTEMooモード
からはずれた場合でも、後述のように、CR型PD1の同一
周上の他の検出部の信号を等しくするか、あるいは他の
周上の検出部の信号が同一となるようにレーザ光路を調
整することで、レーザ光路の誤調整を避けることができ
る。
As described above according to the present invention, the CR type PD1 having an axially symmetric detector in the center and its periphery, divides the laser beam intensity distribution into several regions and outputs a signal proportional to the laser intensity integral value of each region. Output. The circular detector in the center of CR type PD1 plays an important role in confirming the TEMoo mode. That is, as shown in FIG. 6, in the laser modes other than TEMoo, the laser intensity at the center is smaller than that at the periphery. Therefore, whether or not the laser mode is TEMoo can be easily determined by monitoring the ratio of the laser intensity at the central circular detection unit and the laser intensity at the peripheral detection unit in the CR type PD1. Further, the beam position can be accurately detected by comparing the outputs of the ring-shaped detectors surrounding the central circular detector. TEMoo mode laser optical path adjustment is CR type P
The laser optical path mirror may be moved so that the outputs of the detectors arranged on the same circumference of D1 are all equal. Even if optical elements such as mirrors and amplifiers in the laser system are partially damaged and the laser intensity distribution partially deviates from the TEMoo mode, as will be described later, on the same circumference of CR type PD1. Erroneous adjustment of the laser optical path can be avoided by making the signals of the other detecting sections equal or by adjusting the laser optical paths so that the signals of the detecting sections on the other circumferences become the same.

CR型PD1からの信号処理システムの概念を第8図に示
す。CR型PD1の各検出部(個数m×n+1)からの電気
信号はサンプルホールド10され、マルチプレクサ11で順
番に読み出され、A/D変換12した後、マイクロコンピュ
ータ16へ転送される。コンピュータ16はこの信号を用い
て、レーザ光強度中心をCR型PD1の中心に一致させるよ
う鏡駆動系4を介して鏡5を調整した後、レーザビーム
強度の径方向及び周方向分布を求めRAM15に記憶させた
理想的強度分布(TEMoo分布)と比較する。計測された
レーザ強度分布が理想的強度分布と許容値以上の差を持
つ場合には主制御部17へエラー信号を送信する。レーザ
ビーム位置、レーザモードの計測のタイミングは主制御
部17よりのサンプルトリガー信号で決定し、レーザシス
テムの光路調整をレーザ発振段から後段の増幅器系の順
番で行なうようにする。
Figure 8 shows the concept of the signal processing system from the CR PD1. The electric signal from each detection unit (the number m × n + 1) of the CR type PD1 is sampled and held 10, sequentially read by the multiplexer 11, A / D converted 12, and then transferred to the microcomputer 16. The computer 16 uses this signal to adjust the mirror 5 through the mirror drive system 4 so that the center of the laser light intensity coincides with the center of the CR type PD 1, and then obtains the radial and circumferential distributions of the laser beam intensity and RAM 15 It is compared with the ideal intensity distribution (TEMoo distribution) stored in. If the measured laser intensity distribution has a difference of more than the allowable value from the ideal intensity distribution, an error signal is transmitted to the main controller 17. The laser beam position and the timing of measuring the laser mode are determined by a sample trigger signal from the main control unit 17, and the optical path of the laser system is adjusted in order from the laser oscillation stage to the subsequent amplifier system.

以下、前述のCR型PDをレーザシステム中に適用した実施
例1,2,3を示す。
Hereinafter, Examples 1, 2, and 3 in which the above-mentioned CR PD is applied to a laser system will be described.

実施例1 リング状検出部が一重である最も簡単な構造を持つCR型
PDによるレーザビーム位置及びモード検出の実施例を第
1図により説明する。
Example 1 CR type having the simplest structure with a single ring-shaped detector
An embodiment of laser beam position and mode detection by PD will be described with reference to FIG.

本実施例でのCR型PD1は中心部の円形の光検出部と、四
分割された一重のリング状光検出部よりなる。中心部の
円形光検出部からの信号の強度をI0、周辺部の分割リン
グ検出部からの信号の強度をI1,i(i=1〜4)とす
る。レーザシステムを始めに調整した後、増幅器表面か
らの反射レーザ光やレーザ光反射鏡の透過レーザ光が検
出器中心に入射する様にCR型PD1を設置する。(第1図
では増幅器7の表面からの反射レーザ光9をレンズ8を
介してCR型PD1に入射させるようにしている。)この時
の各信号強度I0,I1,iを計算機に記憶させておき、ビー
ムモード(レーザモード)計測の際に利用する。例とし
て増幅器7に入射するビーム位置、モード検出を行う場
合の手順を以下に述べる。
The CR type PD1 in the present embodiment is composed of a circular photodetection section at the center and a single ring-shaped photodetection section divided into four. It is assumed that the intensity of the signal from the circular light detecting portion in the central portion is I 0 and the intensity of the signal from the split ring detecting portion in the peripheral portion is I 1, i (i = 1 to 4). After adjusting the laser system first, the CR type PD1 is installed so that the reflected laser light from the amplifier surface and the transmitted laser light from the laser light reflector enter the center of the detector. (In FIG. 1, the reflected laser light 9 from the surface of the amplifier 7 is made incident on the CR type PD 1 through the lens 8.) The signal intensities I 0 , I 1, i at this time are stored in the computer. This is used for beam mode (laser mode) measurement. As an example, the procedure for detecting the beam position incident on the amplifier 7 and mode detection will be described below.

増幅器7からの反射レーザ光をCR型PD1で計測する。レ
ーザ光路が変わるとI1,i(i=1〜4)が異なる値を
とるので、これが等しくなるように図示の鏡5を調整す
る。このとき鏡(図示の鏡5又は不図示の他の鏡)にレ
ーザ光による損傷が生じたとしても、その損傷部位はレ
ーザ強度が大きい中心部に集中し周辺部のレーザ強度に
影響を与えないので、レーザ光軸誤調整の可能性は小さ
い。また、もし損傷が周辺部に及んだ場合でも、それが
CR型PD1で見て1つの検出部領域にとどまる場合には他
の3つの検出部出力I1,iを等しくする様に光軸調整を
行えば良く、CR型PD1は柔軟性を持つ検出器と言える。
損傷がCR型PD1で2つ以上の検出部に及ぶ場合には以下
のレーザモード計測で診断できる。CR型PD1に入射する
レーザビーム半径γ,CR型PD1の半径をγ,その中心
の円形検出部の半径をγD,0とする。記憶してあるTEM00
レーザが入射した際のCR型PD1の各検出部からの信号I0,
I1,i(i=1〜4)をレーザ動作中の各信号と比較し、
レーザモードの変化をモニターする。γ=γ,γ
D,0〜0.3γなるCR型PD1にTEM00レーザ光が入射する
と、ビーム位置調整後に0.4I0=I1,i(i=1〜4)な
る信号が検出される。もし、レーザ発振器等の調整がく
ずれたり、鏡等の損傷によりレーザモードがTEM00から
はずれるとI0とI1,iの比が変わるので、これを検出し
て異常発生を自動的に知らせることができる。
The reflected laser light from the amplifier 7 is measured by the CR type PD1. Since I 1, i (i = 1 to 4) takes different values when the laser optical path changes, the illustrated mirror 5 is adjusted so that they become equal. At this time, even if the mirror (the illustrated mirror 5 or another mirror (not shown)) is damaged by the laser beam, the damaged portion is concentrated in the central portion where the laser intensity is large and does not affect the laser intensity in the peripheral portion. Therefore, the possibility of misadjusting the laser optical axis is small. Also, if the damage extends to the periphery, it
When the CR type PD1 stays within one detection area, the optical axis adjustment may be performed so that the other three detection section outputs I 1, i are equal, and the CR type PD1 is a flexible detector. Can be said.
If the damage extends to two or more detectors in CR type PD1, it can be diagnosed by the following laser mode measurement. The radius of the laser beam incident on the CR type PD1 is γ l , the radius of the CR type PD1 is γ D , and the radius of the center circular detection portion is γ D, 0 . Remember TEM 00
Signal I 0 from each detection unit of CR type PD1 when laser is incident,
I 1, i (i = 1 to 4) is compared with each signal during laser operation,
Monitor laser mode changes. γ l = γ D , γ
When D, 0 ~0.3γ D becomes CR type PD1 TEM 00 laser beam is incident, 0.4I after adjusting the beam position 0 = I 1, i (i = 1~4) comprising signal is detected. If the laser mode deviates from TEM 00 due to damage to the laser oscillator or the mirror is damaged , the ratio of I 0 to I 1, i will change. You can

実施例2 前記実施例1で述べたCR型PD1を第9図に示す様に各増
幅器7ごどに設置すると、各増幅器利得計測システムを
構成できる。例えば図示の#1の増幅器7の増幅利得G1
より求められる。このように、大規模レーザシステムに
おいて重要な各増幅器利得GをCR型PDを用いて簡単に
モニターできる。また各増幅器の利得G(i=1,2
…)が最大となるように増幅器へのトリガーのタイミン
グを自動調整することも可能となる。
Embodiment 2 If the CR PD 1 described in Embodiment 1 is installed in each amplifier 7 as shown in FIG. 9, each amplifier gain measurement system can be constructed. For example, the amplification gain G 1 of the # 1 amplifier 7 shown in the figure
Is More demanded. In this way, each amplifier gain G i, which is important in a large-scale laser system, can be easily monitored using a CR type PD. In addition, the gain G i of each amplifier (i = 1,2
It is also possible to automatically adjust the timing of the trigger to the amplifier so that () is maximized.

実施例3 前記実施例2で述べた利得計測システムを用いて、増幅
器動作特性のモニターが可能である。CO2レーザ、金属
蒸気レーザ等の同軸型パルス放電励起レーザではレーザ
管内ガス圧力や放電電圧等により放電パラメータが変わ
る。例えばレーザ管内ガス圧が高いときには放電はレー
ザ管の一部で開始され、これが時間とともに管断面全体
にひろがる傾向を持つ。このときレーザ管の利得の時間
変化はレーザ管断面の位置で異なる。この様な条件で作
動されている増幅器にレーザ光が入射された場合、放電
のタイミングに一致する領域の利得のみが高く他の領域
の利得は低い。この増幅器の利得の空間分布を前記実施
例2のように配置されたCR型PDを用いて計測することが
できる。すなわち前記実施例2では各CR型PDの各検出部
出力の合計から増幅器の空間的平均利得を計測している
が、本実施例3ではCR型PDの各検出部出力の合計をとる
のではなく、その個々の検出部出力の対比から増幅器の
利得の空間分布を計測する。これにより、利得の空間分
布が一様となる様にレーザ管ガス圧を低下させる等の制
御が可能となる。
Example 3 The amplifier operating characteristic can be monitored by using the gain measurement system described in Example 2. In the coaxial pulse discharge excitation laser such as CO 2 laser and metal vapor laser, the discharge parameter changes depending on the gas pressure in the laser tube and the discharge voltage. For example, when the gas pressure in the laser tube is high, the discharge starts in a part of the laser tube, and this tends to spread over the entire tube cross section with time. At this time, the time variation of the gain of the laser tube differs depending on the position of the laser tube cross section. When laser light is incident on the amplifier operated under such conditions, only the gain in the region corresponding to the discharge timing is high and the gain in other regions is low. The spatial distribution of the gain of this amplifier can be measured by using the CR type PD arranged as in the second embodiment. That is, in the second embodiment, the spatial average gain of the amplifier is measured from the sum of the outputs of the detection units of the CR type PDs, but in the third embodiment, the total of the outputs of the detection units of the CR type PDs is not calculated. Instead, the spatial distribution of the gain of the amplifier is measured from the comparison of the outputs of the individual detectors. This makes it possible to control the laser tube gas pressure so that the spatial distribution of gain becomes uniform.

なお、前述したCR型PDのリングの数mを2以上とするこ
とでレーザビームモード計測及びレーザビーム位置計測
精度を向上させることができる。前記実施例1,2,3でのC
R型PD1はレーザシステム中で多数個使用するためにリン
グの数mが1である簡単な構造としたが、反面、ビーム
モード計測及びビーム位置計測精度が粗くなる欠点があ
った。これに対し、リングの数mを増すことによってレ
ーザモードの判別能力を向上させることができる。この
ようなCR型PDを用いる場合はTEMoo以外のレーザ光路調
整も可能となる。このようなマルチリング型PDでレーザ
光断面における径方向強度分布を測定し、計算器で強度
分布を再現する分布曲線を求める。その曲線がレーザ強
度0に近い或る所定の値となるような領域を求めた後、
これと増幅器、鏡の決められた領域が一致するようにレ
ーザ光路を調整する。
By setting the number m of the rings of the CR type PD to 2 or more, the accuracy of laser beam mode measurement and laser beam position measurement can be improved. C in Examples 1, 2 and 3 above
The R-type PD1 has a simple structure in which the number of rings is 1 in order to use many R-type PD1s in the laser system, but on the other hand, it has a drawback that the accuracy of beam mode measurement and beam position measurement becomes rough. On the other hand, by increasing the number m of rings, the discriminating ability of the laser mode can be improved. When such a CR type PD is used, it is possible to adjust the laser optical path other than TEMoo. The radial intensity distribution in the laser beam cross section is measured by such a multi-ring PD, and a distribution curve that reproduces the intensity distribution is obtained by a calculator. After obtaining a region where the curve is a certain value close to the laser intensity 0,
The laser optical path is adjusted so that this matches the determined area of the amplifier and the mirror.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、大規模レーザシステム中のレーザビー
ムモード、レーザビーム位置、増幅器利得を簡単に測定
できるので、レーザシステムの完全自動制御が簡単なビ
ームモニター装置を用いることで可能になる効果があ
る。
According to the present invention, a laser beam mode, a laser beam position, and an amplifier gain in a large-scale laser system can be easily measured. is there.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す図、第2図は大規模レ
ーザシステムの典型例である核融合研究用ガラスレーザ
システムを示す図、第3図(a),(b)は第2図で用
いられる従来のレーザビーム位置検出器の概念図、第4
図は本発明に係るCR型PDの例示図、第5図はCR型PDの配
置例を示す図、第6図はレーザモードの各例を示す図、
第7図はレーザモードTEMooの径方向レーザ強度分布を
示す図、第8図はCR型PD検出データ処理システムの概要
図、第9図はCR型PDを用いたレーザ増幅器利得計測を示
す概要図である。 1……CR型PD、2……信号記憶器 3……レーザビーム位置・モード計算用コンピュータ 4……鏡駆動系、5……鏡 6……レーザ光、7……レーザ増幅器 8……レンズ、9……反射レーザ光。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a glass laser system for fusion research which is a typical example of a large-scale laser system, and FIGS. 3 (a) and 3 (b) are diagrams showing the same. 4 is a conceptual diagram of a conventional laser beam position detector used in FIG.
FIG. 6 is an exemplary view of a CR type PD according to the present invention, FIG. 5 is a view showing an arrangement example of the CR type PD, FIG. 6 is a view showing each example of a laser mode,
FIG. 7 is a diagram showing the radial laser intensity distribution of laser mode TEMoo, FIG. 8 is a schematic diagram of a CR type PD detection data processing system, and FIG. 9 is a schematic diagram showing laser amplifier gain measurement using a CR type PD. Is. 1 ... CR type PD, 2 ... signal memory 3 ... laser beam position / mode calculation computer 4 ... mirror drive system, 5 ... mirror 6 ... laser light, 7 ... laser amplifier 8 ... lens , 9 ... Reflected laser light.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】中心部に設けられた光検出部とその周囲に
リング状に設けられ且つ周方向に分割された光検出部
(該リングの数は1以上であり且つ該周方向分割数は3
以上である)とからなる同軸リング分割型レーザビーム
検出器と、該同軸リング分割型レーザビーム検出器にレ
ーザシステム中のレーザビームを分配入射させる手段と
を備えたことを特徴とするレーザシステムにおけるレー
ザビームモニタ装置。
1. A photodetector provided in the center and a photodetector provided in a ring shape around the photodetector and divided in the circumferential direction (the number of the rings is 1 or more and the number of division in the circumferential direction is Three
In the laser system, there is provided a coaxial ring split type laser beam detector including the above) and means for making the laser beam in the laser system distributed and incident on the coaxial ring split type laser beam detector. Laser beam monitor device.
【請求項2】上記同軸リング分割型レーザビーム検出器
の光検出部の出力に基づいてレーザビームの位置および
モードをモニタするようにした特許請求の範囲第1項記
載のレーザシステムにおけるレーザビームモニタ装置。
2. A laser beam monitor in a laser system according to claim 1, wherein the position and mode of the laser beam are monitored based on the output of the photodetector of the coaxial ring split type laser beam detector. apparatus.
【請求項3】上記同軸リング分割型レーザビーム検出器
をレーザシステム中のレーザ増幅器の入射側および出射
側に夫々設け、該レーザ増幅器に入射するレーザビーム
および該レーザ増幅器から出射するレーザビームをそれ
ぞれ上記入射側および出射側の同軸リング分割型レーザ
ビーム検出器に分配入射させ、各同軸リング分割型レー
ザビーム検出器の出力から該レーザ増幅器の空間的平均
利得または利得の空間的分布をモニタするようにした特
許請求の範囲第1項又は第2項記載のレーザシステムに
おけるレーザビームモニタ装置。
3. The coaxial ring split type laser beam detector is provided on each of an incident side and an emitting side of a laser amplifier in a laser system, and a laser beam incident on the laser amplifier and a laser beam emitted from the laser amplifier are respectively provided. Distributing the light into the incident-side and exit-side coaxial ring split type laser beam detectors, and monitoring the spatial average gain or the spatial distribution of the gains of the laser amplifiers from the output of each coaxial ring split type laser beam detector. A laser beam monitor device in the laser system according to claim 1 or 2.
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